地幔条件下富水流体状态方程

地幔中的富水流体以其独特的物理和化学性质影响着一系列地球化学和地球动力学过程.受制于实验数据的缺乏,人们对地幔中富水流体及其与周围岩石、熔体相互作用的认识仍然非常不足.从热力学平衡计算的角度,富水流体体系的状态方程是推进本领域建模工作的关键.目前能用于地幔温压条件、被公认具有较好准确性和预测性的富水流体高压状态方程并不多见.本文对若干代表性方程进行了介绍与评述,并通过分析指出提高状态方程外延能力的主要途径:借助于高质量分子模拟数据,采用理论基础更好的方程形式,优化方程的拟合过程与参数求取方法等.根据典型富水流体体系的高压实验数据分布现状,含离子成分的水溶液体系是本领域研究的重点与难点,而当前实验与理论模拟工作正取得的重要突破将极大地促进相关研究的进展.

含水硅酸盐熔体和富水流体电导率实验研究及其意义

大地电磁测深与电导率测量相结合已经成为探索地球内部状态的有效手段.含水硅酸盐熔体和富水流体的电导率显著高于硅酸盐矿物,而且对成分和温压条件十分敏感,可以用于认识深部的部分熔融和流体活动.本文系统总结了含水硅酸盐熔体和富水流体电导率的实验研究现状,并介绍了相关研究结果的若干重要应用.硅酸盐熔体电导率随温度上升而增大,随压强升高而减小.在Na^+含量相当的前提下,钙碱性系列熔体电导率从玄武质到流纹质呈上升趋势,其活化焓呈下降趋势.水的加入令熔体电导率显著增大,其主要原因在于增强了阳离子的活动性.流体电导率研究主要集中在稀电解质溶液.溶液电导率随温度上升先增大后减小,随压强升高一般先增大,超过一定压强后基本保持不变.从电导率数据可以得到电解质的电离常数.为建立广泛适用的熔/流体电导率随温度、压强和成分变化的定量模型,还需要在实验方法创新的基础上,对更多具有代表性的体系开展大范围温压条件下的电导率实验研究.

俯冲带中水流体的化学性质研究进展

俯冲带中的水在壳幔演化和物质交换中起重要作用。本文就俯冲带中水的物理化学性质、溶液中的离子缔合、混溶、主量元素与微量元素组成等方面进行了阐述。重点剖析:1)超临界态下温度压力条件的改变导致水微观结构与性质的变化,扩散系数、粘度等性质随之改变,进而对水岩反应产生影响;2)富水流体中离子缔合影响着金属配合物数量,很大程度制约流体中矿物的溶解行为;3)低Cl流体中微量元素配分模式与岛弧玄武岩类似,意味着富水贫氯碱性硅酸盐成分的流体在地幔楔元素运移中起关键作用。并展望了俯冲带中流体化学性质研究的新手段。

氯在岩浆演化过程中的地球化学性质初探

地质过程中,氯可以影响很多元素的性质。本文利用前人的实验数据,模拟计算不同压力和初始含水量等条件下,氯在岩浆和共存富水流体相中浓度随岩浆结晶分异的变化。结果显示,在岩浆演化之初,氯在各种压力下都基本留在岩浆中,表现出高度不相容元素的特点。对于结晶分异晚期的岩浆体系,氯的行为受压力的影响较大。在低压下,氯在岩浆/富水流体之间的分配系数较高,水是否达到饱和对氯在岩浆中的含量变化影响不大。随着压力的升高,该系数迅速降低。在中等压力下,岩浆中水含量一旦达到饱和,大量的氯进入流体相,形成高盐度的流体,氯在岩浆中的含量即迅速降低。随着岩浆分异的进行,共存的流体中的氯含量也随之降低。在更高的压力下,水无法达到饱和,氯始终表现为高度不相容的特点。氯的上述性质可以很好地解释它在很多结晶分异程度较低的火山岩玻璃(如MORB和OIB)中表现为高度不相容的特点,也可以帮助理解氯在侵入岩和喷出岩中性质的差别,以及“花岗岩大岩体不成矿,小岩体成大矿”的现象。